铜/铝异步轧制复合带的界面反应与强化机制

采用同步和异步轧制复合工艺制备铜/铝复合带,研究退火过程中的界面反应和异步轧制工艺的强化机制.利用扫描电镜观察界面微观组织和拉伸断口形貌,通过线扫描和电子探针分析界面元素分布,采用XRD进行界面物相分析,通过剥离和拉伸实验研究复合带的力学性能.结果表明,经400℃保温1h后界面形成具有三个亚层的扩散层组织,各亚层内元素含量存在突变;铝剥离表面检测到大量铜元素,化合物相包括CuAl₂,Cu₉Al₄,CuAl和Cu₄Al,而铜剥离表面只检测到Cu₉Al₄和Cu₄Al;异步轧制工艺可以提高界面结合强度和复合带的拉伸性能,使界面层在拉伸断裂后破坏程度降低.     

铜/钢/铜冷轧复合薄带弯曲性能实验研究

以Q345钢带为基材，T3纯铜为覆材，通过冷轧复合—中间退火—冷轧减薄—轧后退火的工艺路线，制备出铜/钢/铜复合薄带.通过反复弯曲实验研究复合带厚度和退火温度对复合带弯曲性能的影响.实验发现:复合带的弯曲性能主要依赖于冷轧复合中的机械作用以及退火过程中的扩散作用.冷轧复合带随着厚度逐渐减薄，弯曲性能近似线性增强.退火工艺能大幅度提高复合带的弯曲性能，退火温度与弯曲性能基本呈指数关系变化.     

退火对轧制包覆碳钢/铝夹层带材组织与性能的影响

研究了轧制包覆法制备的碳钢/铝夹层带材的退火热处理工艺.利用OM,SEM,X射线衍射仪等分析了退火温度、退火时间等对复合界面金属间化合物生长的影响,在材料力学试验机上测试了复合带的主要力学性能.结果表明:退火过程中碳钢/铝复合带界面金属间化合物生成的临界温度为420℃,生成的金属间化合物主要为FeAl3相,化合物层的厚度约为10μm.420℃退火20 min是本实验得到的复合带最佳退火制度,退火后复合带的延伸率可达18.28%.退火后,当脆性金属间化合物层沿复合界面连续分布时,复合带的延伸率低于5%.     

退火温度对铜/铝复合板剥离性能的影响

采用异步轧制方法制备铜/铝复合板,用电子万能试样机、扫描电子显微镜(SEM)及能谱仪(EDS)等分析测试手段,研究扩散退火对于铜/铝复合板结合强度、剥离裂纹位置及剥离断口化学成分的影响.研究发现,扩散退火使复合板结合强度降低,扩散层厚度随退火温度的提高而增大.复合板经350℃保温2h后,在铜/铝界面形成厚7.31μm的扩散层,经500℃保温2h后,形成厚15.53μm扩散层.退火态铜/铝复合板剥离裂纹位于靠近扩散层中间的富铝层,剥离断裂处的金属间化合物为CuAl和CuAl2.退火时形成的脆性金属间化合物以及轧制过程中形成的裂纹及未结合区是造成结合强度降低的主要原因.铜/铝轧制复合板宜采用低于350℃温度进行退火.     

冷轧复合工艺对4004/3003/4004铝合金复合带组织和性能的影响

为得到最优的冷轧复合工艺参数,提高铝合金复合带的性能,并为产业化应用提供理论参考,以4004/3003/4004层状复合铝合金为对象,采用光学显微镜、扫描电子显微镜、马弗炉和万能拉伸机等仪器设备,分析冷轧复合工艺对4004/3003/4004铝合金复合带显微组织、抗下垂性能及力学性能的影响。结果表明：冷轧复合技术可以获得更均匀的复合带包覆率,且冷轧第一道次加工率为35%可使芯层和皮层材料牢固结合。冷轧复合带的抗下垂性能随着成品前道次加工率的增加先增加后降低,而随着中间退火温度变化呈相反的变化趋势,当退火温度为420℃时,复合带抗下垂性能最差。当中间退火温度为270-370℃时,冷轧复合带材的力学性能急剧下降,退火温度为370℃时复合带材的力学性能开始稳定,此时抗拉强度和屈服强度分别为120 MPa和58 MPa,伸长率为34%,当退火温度升至420℃时,复合带材的综合力学性能较优。中间退火温度对芯材的显微组织演变具有重要影响,随着中间退火温度的增加,3003芯材的晶粒先后发生再结晶和晶粒长大,芯材的晶粒较大时复合带的抗下垂性能较好,故生产中为了获得良好的抗下垂性能可以适当提高芯材晶粒尺...     

硅对钢/铝轧制复合界面化合物抑制效应的研究

对钢铝复合材料高温时的界面化合物进行了系统研究并找到一定的方法抑制界面化合物的生成。要获得高品质的复合带材,就必须在高温时能抑制界面化合物的生成,提高钢铝结合强度和加工性能。通过对复合前的铝材料熔入不同含量的Si元素,经过与低碳钢的冷轧工艺复合,研究硅对于复合界面化合物的抑制作用。对不同Si含量的铝板复合后的样品进行分组比较,使用金相显微镜和扫描电镜进行了组织分析,发现钢/铝复合材料界面产生的化合物属于Fe-Al化合物,以Fe2Al5居多。通过热力学计算分析界面的自由能,发现Fe-Si化合物比Fe-Al化合物在退火过程中更容易生成,并且以大量实验结果表明微量元素Si的加入能显著抑制钢/铝界面Fe-Al化合物的生成,抑制效果随着硅含量的增加而越发明显。     

铝/铜复合界面金属间化合物

冷轧复合板轧制后要进行一定的热处理以加强界面的结合强度,但同时也带来一定的问题如在界面形成不利于界面结合的化合物,本文对冷轧制备的铝/铜层状双金属片进行了研究,得到了不同退火温度和退火时间下扩散热处理后界面金属间化合物相的生长规律,初步建立了金属间化合物形成的动力学模型.     

冷轧Mg-9Li-1Zn合金的退火热处理工艺

以改善冷轧Mg-Li系合金的变形能力为目的,系统研究了冷轧变形后的Mg-9Li-1Zn合金的退火热处理工艺,分析了退火温度和退火时间对合金组织和性能的影响.研究结果表明:Mg-9Li-1Zn合金适宜的退火温度为280~300℃,退火温度过高会出现晶粒长大,表面脱锂等现象.300℃退火60 min后,合金的维氏硬度值为426.7 MPa,充分完成再结晶软化的合金在后续冷轧时总变形率可达70%.合金的退火时间以保证α相的充分球化及组织的均匀化为准则,实验中确定的最佳退火制度为300℃保温60 min.     

铜铝复合板界面组织与性能

针对双辊铸轧工艺制备的铜铝复合板材,采用剥离试验和拉伸试验,对其力学性能进行了检测。采用扫描电镜、能谱分析仪和透射电镜等仪器对复合板界面层组织的微观形貌、结构和成分进行了分析。分析结果表明:铜铝复合板界面层的主要组成物为α-Al和Cu Al2。采用双辊铸轧工艺制备的铜铝复合板材,其剥离强度达到30 N/mm,其抗拉强度与延伸率介于同规格铜、铝板材之间。     

高性能铜铝复合排的制备及界面研究

采用固-液法浇注和铸轧工艺制备铝/铜复合材料.研究不同工艺对铜/铝复合排界面结合强度的影响,并对铜/铝复合排界面结构和复合机理进行分析.结果表明:当进行300°C×1h热处理时,所得复合排的结合强度最高,多次热循环后复合排界面结合强度有所增加.电子探针能谱扫描分析(EDS)和X射线衍射分析(XRD)表明铜/铝复合界面上生成金属间化合物Al2Cu,Al4Cu9和AlCu相,从而使得界面层硬度增大.采用该方法制备的铜/铝复合排,整体拉伸强度达98MPa,电阻率为0.021 6×10-6Ω.m.     

Investigation on the interface of Cu/Al couples during isothermal heating

The evolutionary process and intermetallic compounds of Cu/Al couples during isothermal heating at a constant bonding temperature of 550℃ were investigated in this paper. The interfacial morphologies and microstructures were examined by optical microscopy, scanning electron microscopy equipped with energy dispersive X-ray spectroscopy, and X-ray diffraction. The results suggest that bonding is not achieved between Cu and Al at 550℃ in 10 min due to undamaged oxide films. Upon increasing the bonding time from 15 to 25 min, however, metallurgical bonding is obtained in these samples, and the thickness of the reactive zone varies with holding time. In the interfacial region, the final microstructure consists of Cu₉Al₄, CuAl, CuAl₂, and α-Al + CuAl₂. Furthermore, these results provide new insights into the mechanism of the interfacial reaction between Cu and Al. Microhardness measurements show that the chemical composition exerts a significant influence on the mechanical properties of Cu/Al couples.     

析出强化与孪晶强化在Fe--24 Mn--3 Si--3 Al TWIP钢退火过程中的作用机制

对Fe-24Mn-3Si-3Al TWIP钢在不同退火工艺下进行力学性能测试,采用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和透射电子显微镜(TEM)观察钢的微观组织形貌.结果表明:随着退火温度和保温时间的变化,TWIP钢的力学性能并不符合常规的单调上升或下降的规律,而在退火温度为800℃、保温10 min和退火温度为900℃、保温20 min时发生波动.退火温度为800℃、保温10min条件下,钢的主要强化机制为析出强化,析出相(Fe,Mn)23C6的增多导致屈服和抗拉强度升高;退火温度为900℃、保温20 min条件下,钢中的析出相并未有明显的变化,而二次孪晶的产生及孪晶相互交割成为抗拉强度增加的主导因素.     

累积叠轧Al/Cu复合板界面反应层核-壳结构形成机制

采用累积叠轧(ARB)结合多次退火处理制备了Al/Cu复合板,重点研究了Al/Cu界面反应层核-壳结构形成机制. 结果表明:Al/Cu界面反应层的形成主要依赖于退火过程中铜原子在界面处的扩散,反应产物包括Al₂Cu、AlCu、Al₄Cu₉. 轧制变形致使反应层破碎并在基体中均匀分布,轧后退火处理导致新的反应层不断形成.最终经多次叠轧及退火处理,原始铜板材全部转变为椭球状具有核-壳结构的Al/Cu金属间化合物颗粒. 8道次复合板抗拉强度最高,达到176.8 MPa,是退火态1060抗拉强度的1.74倍;0道次复合板延伸率较好,主要是Al/Cu界面分层后铝层均匀塑性变形,应力缓慢释放所致.     

Characteristic investigation of trilayered Cu/Al8011/Al1060 composite: Interface morphology,microstructure, and in-situ tensile deformation

In this work, Cu/Al8011/Al1060 trilayered composite with an ultrathin copper layer was fabricated successfully by the hybrid process of cast-rolling and hot-roll-bonding. The effects of heat treatment were investigated on the microstructure and mechanical behavior of the composite. The results showed that annealing temperatures above 300 ​°C led to the formation of new intermetallic compounds that joined their initial counterparts. Also, the interface growth was fast above 340 ​°C. It was found that the annealing temperature of 320 ​°C led to the optimal tensile properties of the composite. Through rolling, hard-brittle IMCs imposed intense plastic strains on the surrounding regions, resulting in further grain refinement of both metals in the vicinity of the interface. Although the kernel average misorientation of the trilayered composite was almost identical with the Cu/Al8011 bimetal, its amount was considerably decreased after heat treatment, as the distorted structure changed into a nearly strain-free one using the restoration phenomenon. The SEM-based in-situ tensile test showed that crack initiation occurred within the IMCs and propagated into the Cu strip, leading to its early fracture. However, the strength-displacement curve during in-situ tensile deformation did not decrease significantly due to the ultrathin copper layer.     

原位观察铜网格增强Al/Cu复合材料的断裂行为

将一种按正交法编织的铜网格作为增强体引入到铝基体中制备了Al/Cu复合材料,再借助原位拉伸扫描电镜(SEM),观察了铝铜复合材料的组织演变,研究了其断裂机理与力学性能之间的关系.结果表明:在相同轧制变形量下,25 ℃冷轧和400 ℃热轧均可破碎增强体铜网格,并使其均匀分布于基体铝板.复合板原位拉伸下的载荷-位移曲线均表现出明显的弹性阶段、塑性阶段和失效阶段,微裂纹在Cu颗粒周围和应力集中处萌生,主裂纹及其扩展主要是Cu颗粒周围界面分层开裂与微裂纹沿滑移线方向的扩展共同作用下形成的,并且最终沿滑移线的断裂路径与单轴拉伸方向呈45°.发生在Al层的塑性断裂和Al/Cu结合界面上的界面分层断裂是Al/Cu复合板两种主要的失效方式.     

Effect of continuous induction annealing on the microstructure and mechanical properties of copper-clad aluminum flat bars

Copper-clad aluminum (CCA) flat bars produced by the continuous casting–rolling process were subjected to continuous induction heating annealing (CIHA), and the effects of induction heating temperature and holding time on the microstructure, interface, and mechanical properties of the flat bars were investigated. The results showed that complete recrystallization of the copper sheath occurred under CIHA at 460°C for 5 s, 480°C for 3 s, or 500°C for 1 s and that the average grain size in the copper sheath was approximately 10.0 μm. In the case of specimens subjected to CIHA at 460–500°C for longer than 1 s, complete recrystallization occurred in the aluminum core. In the case of CIHA at 460–500°C for 1–5 s, a continuous interfacial layer with a thickness of 2.5–5.5 μm formed and the thickness mainly increased with increasing annealing temperature. After CIHA, the interfacial layer consisted primarily of a Cu₉Al₄ layer and a CuAl₂ layer; the average interface shear strength of the CCA flat bars treated by CIHA at 460–500°C for 1–5 s was 45–52 MPa. After full softening annealing, the hardness values of the copper sheath and the aluminum core were HV 65 and HV 24, respectively, and the hardness along the cross section of the CCA flat bar was uniform.     

固溶处理对2E12铝合金组织及疲劳断裂行为的影响

通过对2E12铝合金进行493 ℃/20 min和503℃/20 min固溶处理,研究固溶处理对2E12合金室温拉伸及疲劳性能的影响.采用X线衍射分析、扫描电镜和金相分析对合金组织及疲劳断口进行观察.研究结果表明:提高固溶处理温度对合金拉伸性能影响不大,但可明显减少合金中残留相(Al2Cu,A12CuMg)的含量;经503 ℃/20 min处理后合金的拉伸强度较经493℃/20 min处理后合金的拉伸强度略有提高,但其疲劳寿命延长约20％;合金中残留相在疲劳过程中容易开裂形成微小二次裂纹,在主裂纹扩展过程中起到桥接作用,从而加速疲劳裂纹扩展,降低合金疲劳性能.     

Al-N 共掺杂p 型ZnO 薄膜制备及电学性能的研究

利用射频磁控溅射技术在石英玻璃上制备了ZnO:Al薄膜,继而N离子注入实现薄膜的Al-N共掺杂,随后进行了不同温度和时间的热处理。并借助X射线衍射(XRD)、霍耳测试(Hall)、X射线光电能谱仪(XPS)等手段对ZnO薄膜的性能进行了表征。实验结果表明,Al-N共掺杂ZnO薄膜在578℃退火8 min表现出较稳定的p型导电,其载流子数高达1×1018～6×1018个·cm-3,对应的电阻率为1～9Ω·cm,迁移率为1～2 cm2·V-1·s-1。与单掺N相比,实现p型导电所需的退火温度有明显降低,这很可能与Al的掺入有关。此外,XPS测试结果证实大量的Ni取代O空位是薄膜p型导电的根本原因。